1、目錄橋梁建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)橋梁涂料及涂裝技術(shù)發(fā)展歷程橋梁涂料發(fā)展的特點(diǎn)聚脲在橋梁中的應(yīng)用橋梁建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過改革開放后30年的發(fā)展，我國(guó)橋梁建設(shè)在材料規(guī)范、設(shè)計(jì)理念和工業(yè)化制造方面均達(dá)到了世界橋梁行業(yè)排名的制高點(diǎn)。根據(jù)2010年國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，11種類型共111座橋梁排名中，我國(guó)橋梁就有48座，占比43%。世界10大跨海大橋中，我國(guó)占4席（見表1）。近3年來，在國(guó)家新一輪基礎(chǔ)建設(shè)計(jì)劃實(shí)施下，我國(guó)橋梁工程建設(shè)又進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的春天。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2011年底，我國(guó)公路橋梁達(dá)到70萬座，2986萬m，比2010年增加8%；我國(guó)現(xiàn)有主跨200m以上的橋梁達(dá)200多座。其中包括了鐵路、公路

2、大橋（包括鋼結(jié)構(gòu)、混凝土大橋）。橋梁建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)橋梁建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)排位第一的港珠澳大橋是世界最長(zhǎng)跨海大橋，可抗8級(jí)地震，16級(jí)大風(fēng)，用鋼量約50萬t，相當(dāng)于11個(gè)“鳥巢”的用鋼量，鋼結(jié)構(gòu)使用壽命達(dá)120a外電評(píng)論：中國(guó)橋梁界僅用20年就完成了歐洲幾十年的發(fā)展業(yè)績(jī)。今后的20年，中國(guó)橋梁建設(shè)市場(chǎng)無疑將是令人羨慕的大舞臺(tái)。產(chǎn)品可靠性由固有可靠性和使用可靠性組成。固有可靠性：是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造中賦予的，是 產(chǎn)品的一種固有特性，也是產(chǎn)品的開發(fā)者可以控制的使用可靠性：產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中表現(xiàn)出的一種性能的保持能力的特性，除考慮固有可靠性的影響因素外，還考慮產(chǎn)品安裝、 操作使用和維修保障等方面因素的影響

3、固有可靠性高，使用條件好的產(chǎn)品可靠性較高產(chǎn)品可靠性近似為二者乘積一、可靠性定義與指標(biāo)維修性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)執(zhí)行規(guī)定狀態(tài)的能力維修性是產(chǎn)品質(zhì)量的一種特性，即由產(chǎn)品設(shè)計(jì)賦予的使其維修簡(jiǎn)便、迅速和經(jīng)濟(jì)的固有特性保障性：系統(tǒng)（裝備）的設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源滿足平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)使用要求的能力與裝備保障有關(guān)的設(shè)計(jì)特性充足和適 用程度保障資源的充足和適 用程度可用性：在要求的外部資源得到保證的前提下，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)刻或時(shí)間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。產(chǎn)品可靠性、維修性和維修保障的綜合反映可靠性是從延長(zhǎng)其正常工作時(shí)間來提高 產(chǎn)品可用

4、性，而維修性則是從縮短因維修的停機(jī)時(shí)間來提高可用性可信性：集合性術(shù)語，用來表示可用性及其影響因素：可靠性、維修性、維修保障可信性的定性和定量具體要求是通過可用性、可靠性、維修 性、維修保障的定性和定量要求表達(dá)的橋梁涂料及涂裝技術(shù)發(fā)展歷程我國(guó)橋梁涂料及涂裝技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：第一，起步階段（19561979年）：當(dāng)時(shí)，鐵道科學(xué)院聯(lián)合國(guó)內(nèi)天津燈塔油漆廠等涂料廠開發(fā)研制橋梁涂料，用在武漢長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江大橋上。涂料類型為紅丹防銹底漆、醇酸面漆，以及少量的酚醛漆、聚氨酯漆等。第二，發(fā)展階段（19811999年）：上海開林造漆廠等開發(fā)研制出以環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中層漆和氯化橡膠面漆為主的橋

5、梁配套涂料，用在上海南浦、楊浦、徐浦大橋上，為我國(guó)橋梁重防腐涂料的發(fā)展作出了良好的開端。第三，迅速發(fā)展階段（2000年至今）：21世紀(jì)初，Hempel、IPKansai、Sigma等跨國(guó)涂料公司以獨(dú)資或合資方式紛紛在中國(guó)建廠，將先進(jìn)的橋梁涂料及涂裝技術(shù)帶入中國(guó)，促進(jìn)了我國(guó)橋梁涂料的飛速發(fā)展，使我國(guó)橋梁涂料不僅在用量上達(dá)到最高峰，而且橋梁涂料及其配套的技術(shù)先進(jìn)性也達(dá)到了世界領(lǐng)先的階段。具體實(shí)例如下：橋梁涂料及涂裝技術(shù)發(fā)展歷程（1）聚硅氧烷面漆。阿克蘇諾貝爾（蘇州）工業(yè)油漆公司及佐敦（張家港）油漆公司的高性能聚硅氧烷面漆分別成功用于重慶菜園大壩大橋和朝天門大橋上。當(dāng)時(shí)采用的配套方案為：無機(jī)硅酸鋅底

6、漆+環(huán)氧云鐵中層漆+聚硅氧烷面漆，特別在涂裝工藝上取得了顯著成果。 橋梁涂料及涂裝技術(shù)發(fā)展歷程（2）北京航材百幕新材料技術(shù)工程股份有限公司開發(fā)的防腐涂料新品種與橋梁應(yīng)用業(yè)績(jī)(見表3)。橋梁涂料及涂裝技術(shù)發(fā)展歷程（3）中遠(yuǎn)關(guān)西涂料公司開發(fā)的橋梁重防腐涂料，配套涂層的防腐性優(yōu)異，近年來已為以下100萬t鋼結(jié)構(gòu)完成供貨：四渡河特大橋、大寧河特大橋、南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、青島海灣大橋、甬江明洲大橋、姚江灣頭大橋。2010年下半年，中遠(yuǎn)關(guān)西又承接了武漢二七長(zhǎng)江大橋和安慶長(zhǎng)江大橋的橋梁涂料供貨。橋梁涂料發(fā)展的特點(diǎn) 橋梁涂料歸屬于重防腐涂料。重防腐涂料配套涂層應(yīng)具有以下特性：能在苛刻的條件下長(zhǎng)期使用；附著力好

7、，專業(yè)功能強(qiáng)；可實(shí)現(xiàn)厚膜化噴涂；施工條件優(yōu)異。 在橋梁工業(yè)迅速發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)橋梁涂料產(chǎn)量攀升，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。2010年，我國(guó)涂料總產(chǎn)量超過900萬t（t位居世界第1），其中工業(yè)防腐涂料240萬t，占27%，重防腐涂料132萬t，占55%，橋梁防腐涂料19萬t，占15%。 橋梁涂料繼船舶和石化行業(yè)之后，在重防腐涂料份額中位居第3。根據(jù)美國(guó)麥德華咨詢公司的調(diào)查，20072010年我國(guó)橋梁涂料產(chǎn)量及增速(見表4)。橋梁涂料發(fā)展的特點(diǎn)聚脲在橋梁中的應(yīng)用 我國(guó)橋梁防護(hù)工程現(xiàn)狀及面臨的主要問題1、微裂縫鋼筋混凝土橋梁在施工及使用過程中，由于受使用材料、環(huán)境和溫度應(yīng)力、干燥收縮、養(yǎng)護(hù)條件等因素影響，不可

8、避免地導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，使得侵蝕介質(zhì)容易由表及里侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而加劇了橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。2、耐久性對(duì)于重大橋梁工程，處于惡劣服役環(huán)境中的同時(shí)要滿足高達(dá)100年之久的設(shè)計(jì)使用年限。問題解決不善不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)，還可能造成安全事故。據(jù)最新報(bào)道，美國(guó)的年腐蝕損失達(dá)3000億美元，占GDP的4.2%，僅就橋梁而言，美國(guó)60萬座橋中，一半以上出現(xiàn)腐蝕破壞，40%承載力不足，其修復(fù)費(fèi)超過2000億美元，是這些橋初建費(fèi)用的4倍。聚脲在橋梁中的應(yīng)用我國(guó)橋梁工程耐久性問題也不容樂觀。近幾年對(duì)沿海的濰坊、東營(yíng)、濱州、煙臺(tái)等城市近100座橋梁的調(diào)查，大部分在使用5-8年后即出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，有的已倒

9、塌重建。1997年北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院對(duì)北京市城市立交橋梁耐久性進(jìn)行普查發(fā)現(xiàn)：鋼筋銹蝕造成橋梁混凝土破壞有普遍性。北京西直門立交橋使用僅19年，就因使用化冰鹽導(dǎo)致鋼筋銹蝕，而使結(jié)構(gòu)破壞不得不報(bào)廢重建。聚脲在橋梁中的應(yīng)用如何提高重大橋梁工程的使用年限1、采用高性能高耐久性建造材料。此種方法能夠從一定程度上提高新建結(jié)構(gòu)的耐久性，但是根據(jù)目前的調(diào)查情況此種方法無法保證大型橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過程中達(dá)到50年甚至100年使用年限的要求。2、以涂裝防護(hù)的形式將其與周圍腐蝕介質(zhì)隔離開來，以保護(hù)其不受侵蝕。此種方法無論是應(yīng)用于新建橋梁工程的耐久性設(shè)計(jì)還是在現(xiàn)役橋梁的防護(hù)修復(fù)都具有很好的靈活性，應(yīng)用廣泛。

10、但橋梁結(jié)構(gòu)用涂層防護(hù)材料也存在很多問題，包括脆性大、耐介質(zhì)性差、施工難度大、環(huán)保性差等，這些問題造成了涂層防護(hù)失效快、耐久性差、施工推廣難等問題。 橋梁工程特別是重大橋梁工程急需一種新型涂層材料對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，兼具優(yōu)異防護(hù)性能、耐久性、施工性及環(huán)保性。根據(jù)我國(guó)橋梁工程的實(shí)際情況，新造橋梁一般采用以下3種配套方法：（1）混凝土結(jié)構(gòu)：封閉漆：環(huán)氧封閉漆或硅烷浸漬劑；中層漆：環(huán)氧中層漆；面漆：大氣環(huán)境下，丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆，聚硅氧烷面漆；飛濺區(qū)或干濕交替區(qū)：環(huán)氧類面漆等。典型的工程案例有舟山至寧波大陸連島工程之一西堠門大橋的混凝土結(jié)構(gòu)，采用中遠(yuǎn)關(guān)西（上海）涂料公司的配套涂料：該工程涂裝面積2

11、萬，于2009年3月完工。成功應(yīng)用相似配套涂料的橋梁還有杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋、黃河大橋等。聚脲在橋梁中的應(yīng)用聚脲在橋梁中的應(yīng)用（2）鋼結(jié)構(gòu)：全部采用重防腐涂料配套。底漆：無機(jī)富鋅底漆，水性無機(jī)富鋅底漆，環(huán)氧富鋅底漆；中間漆：環(huán)氧云鐵中間漆，環(huán)氧磷酸鋅中間漆；面漆：丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆，聚硅氧烷面漆。全部采用重防腐涂料配套的鋼結(jié)構(gòu)大橋有南浦大橋、潤(rùn)揚(yáng)大橋、蘇通大橋、菜園壩大橋、香港昂船洲大橋等。值得一提的是，鋼箱內(nèi)側(cè)、風(fēng)嘴等部位，均采用配套涂料防腐的方法。（3）鋼結(jié)構(gòu)：底涂采用電弧噴鋅、鋁、鋅鋁合金、鋅鎂合金。配套涂料大多為環(huán)氧專用封閉漆；環(huán)氧云鐵中層漆；丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳面漆

12、、聚硅氧烷面漆。 廈漳大橋就采用了此配套方案，該配套涂料方案還成功應(yīng)用于香港青馬大橋、舟山桃夭門大橋、武漢軍山大橋、粵海鐵路棧橋、武漢陽邏大橋等。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，采用電弧噴涂鋅、鋁、鋅鋁合金、鋁鎂合金等作重防腐涂料底層的防腐方法，占橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐的35%。純聚脲技術(shù)簡(jiǎn)介及其技術(shù)優(yōu)勢(shì)噴涂聚脲彈性體的性能特點(diǎn)有：（1）優(yōu)異的物理化性能：如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、柔韌性、耐磨性、耐老 化， 防腐蝕；（2）良好的熱穩(wěn)定性：可在120下長(zhǎng)期使用，可承受150的短時(shí)熱 沖擊；（3）施工性好：使用成套設(shè)備噴涂施工、快速固化，5s凝膠，1min可 達(dá)步行強(qiáng)度，效率極高；（4）環(huán)保性：100%固含量，不含任何揮發(fā)性有

13、機(jī)物；（5）無毒性：在水溶液中無溶出性有害物質(zhì)，不污染環(huán)境。聚脲在橋梁中的應(yīng)用純聚脲技術(shù)應(yīng)用于重大橋梁工程超長(zhǎng)壽命防護(hù)的優(yōu)越性低吸水性：橋梁工程常處于水環(huán)境中，腐蝕破壞主要是由于外部侵蝕性介質(zhì)滲入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得處于鈍化態(tài)的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，鋼筋銹蝕產(chǎn)物引起混凝土保護(hù)層的脹裂和剝落，使得更多的腐蝕介質(zhì)滲透到混凝土深部的鋼筋，引起混凝土結(jié)構(gòu)裂縫和強(qiáng)度降低。涂層防護(hù)技術(shù)是在結(jié)構(gòu)表面形成一層致密的防水層，以隔斷或阻止腐蝕介質(zhì)的侵入。涂層的吸水性越低，阻斷腐蝕介質(zhì)的能力越強(qiáng)，對(duì)結(jié)構(gòu)的防護(hù)功能越好。青島理工大學(xué)功能材料研究所對(duì)此作了大量研究。48h海水介質(zhì)吸水率實(shí)驗(yàn)表明，純聚脲涂層混凝土試件的吸水率僅為

14、0.037%，并顯著低于以封閉性能著稱的環(huán)氧涂層的吸水率，在酸堿加速腐蝕條件下，純聚脲涂層則表現(xiàn)出更為明顯的優(yōu)勢(shì)。聚脲在橋梁中的應(yīng)用高附著力：作為涂層防護(hù)材料，與基材的附著能力是實(shí)現(xiàn)其防護(hù)功能的首要前提。結(jié)構(gòu)服役環(huán)境對(duì)涂層附著力影響很大，比如海洋環(huán)境下的混凝土?xí)?jīng)受鹽霧腐蝕、凍融循環(huán)、干濕交替、溫度交變或腐蝕介質(zhì)侵蝕等，這對(duì)涂層與基材的粘接性能提出了更高的要求。分別對(duì)純聚脲涂層混凝土和環(huán)氧涂層混凝土進(jìn)行經(jīng)海水浸泡、干濕循環(huán)、鹽霧老化和凍融循環(huán)60d后的附著力測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：聚脲在橋梁中的應(yīng)用從上表中的對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出：聚脲涂層本身具有很高的附著力，并在惡劣服役環(huán)境中有著很高的保持

15、率，環(huán)氧作為常規(guī)涂層防護(hù)材料雖在普通環(huán)境中具有很高的附著力，但對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力差，特別是由于其是脆性材料，凍融循環(huán)對(duì)其有致命的影響。聚脲在橋梁中的應(yīng)用項(xiàng)目附著力（MPa）SPUA涂層混凝土（QTECH-112聚氨酯底漆）環(huán)氧涂層混凝土（環(huán)氧滲透型底漆）無處理4.176.68海水浸泡60d4.136.54干濕循環(huán)60d4.106.37鹽霧老化60d4.056.23凍融循環(huán)60d4.02-優(yōu)異的耐久性（1）純聚脲涂層具有優(yōu)異的耐介質(zhì)性能。由于橋梁工程的服役環(huán)境多為水環(huán)境，橋梁混凝土不可避免的受到介質(zhì)離子的影響，最為常見和嚴(yán)重的離子介質(zhì)腐蝕為硫酸鹽腐蝕和氯離子腐蝕，青島理工大學(xué)功能材料研究所對(duì)純聚脲

16、的耐介質(zhì)性能進(jìn)行了相關(guān)研究。利用快速腐蝕試驗(yàn)法研究聚脲涂層的耐硫酸鹽腐蝕能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)期浸泡于硫酸鈉中的聚脲涂層的宏觀性能沒有顯著降低，其對(duì)硫酸鹽的侵蝕具有明顯的阻礙作用，可顯著提高混凝土抗硫酸鹽的腐蝕性能。耐鹽霧腐蝕性能直觀反應(yīng)出涂料耐海水腐蝕性能的好壞。參照J(rèn)T/T 695-2007混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件規(guī)定，設(shè)計(jì)使用壽命為10年的涂層體系，其耐鹽霧試驗(yàn)必須超過500h，而純聚脲涂層由于化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、致密、與底材附著性好，耐鹽霧性能達(dá)10000h，其預(yù)計(jì)使用壽命高達(dá)50年以上。聚脲在橋梁中的應(yīng)用（2）純聚脲涂層具有優(yōu)異的耐干濕循環(huán)和凍融循環(huán)性能。橋梁的潮差區(qū)隨潮水漲落而

17、干濕交替，同時(shí)周圍存在充足的氧氣，北方地區(qū)還伴有凍融現(xiàn)象，腐蝕最為嚴(yán)重。180d聚脲涂層干濕循環(huán)、凍融循環(huán)試驗(yàn)顯示，涂層拉伸強(qiáng)度分別只有4%和9%的降低，斷裂伸長(zhǎng)率均有所回升，有良好的力學(xué)性能保持能力。（3）純聚脲涂層具有良好的耐溫度交變性及耐低溫彎折性。純聚脲涂層具有很寬的溫度適用范圍，在-4560的范圍內(nèi)性能無顯著降低，無任何裂紋及破壞現(xiàn)象。（4）純聚脲涂層具有優(yōu)異的耐老化性能。世界聚脲技術(shù)發(fā)明人DudleyJ. Primeaux 的加速老化實(shí)驗(yàn)表明：純聚脲材料的壽命在75年以上。青島理工大學(xué)功能材料研究所進(jìn)行了大量人工老化及自然老化研究 ，結(jié)果也論證了Dudley J. Primeaux

18、的觀點(diǎn)。聚脲在橋梁中的應(yīng)用生態(tài)環(huán)保性：材料的防護(hù)性能、施工工藝及生態(tài)環(huán)保性被稱為防護(hù)材料最重要的三大性能指標(biāo)。施工環(huán)保性隨著人們對(duì)環(huán)境污染的認(rèn)識(shí)而受到越來越多的重視。噴涂聚脲技術(shù)是一種新型無污染的綠色生態(tài)施工技術(shù)，其環(huán)保性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一是施工過程的環(huán)境友好性，噴涂聚脲彈性體為100%固含量，不含任何揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)環(huán)境友好，對(duì)施工人員健康；其二是聚脲涂層在長(zhǎng)期服役過程中，不會(huì)析出有害物質(zhì)，不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成污染，不會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。聚脲在橋梁中的應(yīng)用重大橋梁工程純聚脲防護(hù)工程實(shí)例純聚脲技術(shù)作為新型生態(tài)防護(hù)材料，以其優(yōu)異的綜合性能得到了廣泛的認(rèn)可，并已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外多個(gè)重大橋

19、梁工程中，提供超長(zhǎng)壽命防護(hù)。國(guó)外，1998年美國(guó)賓夕尼亞公路管理局的兩座橋梁最先使用聚脲修復(fù)技術(shù)。1999年美國(guó)圣馬特（SanMateo）跨海大橋進(jìn)行拓寬大修工程，選用純聚脲做防護(hù)層，對(duì)柱子、梁和橋面板進(jìn)行防護(hù)，它是當(dāng)時(shí)聚脲材料用量最大的工程，其處理工藝細(xì)致、施工操作嚴(yán)格，堪稱是海灣大橋上施工的典范工程。在2007年的涂層檢測(cè)中，整個(gè)防護(hù)體系完好，涂層工作性能良好。2002年，美國(guó)康涅狄格州交通局在橫跨Starr大街的I-84號(hào)橋上使用純聚脲材料，施工商對(duì)純聚脲的評(píng)價(jià)相當(dāng)高，認(rèn)為聚脲固化快，連續(xù)噴涂無流掛，施工像涂黃油一樣容易。聚脲在橋梁中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)，青島跨海大橋部分橋墩采用了純聚脲作為防護(hù)涂層。青島海灣大橋是我國(guó)北方冰凍海域首座特大型橋梁集群工程，在我國(guó)北方冰凍地區(qū)首次提出了100年設(shè)計(jì)壽命標(biāo)準(zhǔn)，大橋受鹽害、凍融、海霧、臺(tái)風(fēng)、暴雨、工業(yè)排放物等多重腐蝕環(huán)境的綜合作用，腐蝕環(huán)境惡劣，耐久性防護(hù)